一种劲芯复合桩的监测控制系统及方法与流程

1.本发明涉及桩基机械设备控制技术领域，具体而言，涉及一种劲芯复合桩的监测控制系统及方法。


背景技术：

2.基于单向旋转搅拌桩技术的劲芯复合桩(亦称为劲性复合桩)技术由日本引入我国后，于本世纪初开始应用于土木建筑工程领域。劲芯复合桩可以解决phc管桩的施工挤土效应以及无法打入密实砂性土、硬塑黏性土及风化岩土层中的技术难题。
3.多年来的劲芯复合桩的工程应用结果表明，其工程质量的优劣分别取决于能否控制深层搅拌桩施工的工程质量，能否控制phc管桩垂直插入搅拌桩的中心位置。目前，我国的深层搅拌桩施工采用单轴旋转搅拌钻机将水泥等固化材料输入地下，通过固化材料与土体的搅拌混合，使固化剂与土体之间产生一系列的物理与化学反应，生成强度高，水稳性好的桩体，为劲芯复合桩提供了固化土的基础桩体。此外，由于搅拌桩施工时的钻掘穿透能力强于phc管桩施工时的穿透能力，且挤土效应较小、对周围环境干扰少，采用劲芯复合桩能够解决phc管桩的挤土效应难题和phc管桩无法打入密实砂性土层和硬塑黏性土层中的技术难题。
4.在劲芯复合桩的工程施工中，现有的深层搅拌桩工程技术依赖的单向旋转搅拌施工装备与施工工艺，通常无法有效地控制搅拌桩的施工质量，经常出现固化土桩体搅拌不均匀、强度分布不均匀，在黏性土体中施工时易产生糊钻抱钻情况，以及固化土桩体强度达不到设计要求的严重工程质量问题，并会导致劲芯复合桩基础的承载力降低和沉降量超标的工程安全问题。然而，现有的施工质量控制是需要依靠桩机操作手来落实的，由此引进了人为的影响因素。
5.目前的搅拌桩与phc管桩施工都是由机手人工操作桩机实现的；由于桩机上没有智能化的监测控制设备，机手在钻掘搅拌施工中无法感知地层变化情况，也不能精准控制钻具的升降速度及转速，更无法准确控制搅拌桩在各深度位置的喷浆量，所有的桩机人工操控动作都无法定量实施，这就是引发搅拌桩和劲芯复合桩产生大量施工质量事故和安全事故的根本原因。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是如何解决搅拌桩和劲芯复合桩的施工质量和安全问题，确保搅拌桩施工质量的可控可靠性，解决phc管桩插芯的准确位置与垂直度，以及劲芯复合桩的承载力与沉降问题。
7.为解决上述问题，本发明提供一种劲芯复合桩的监测控制系统，包括数据输入屏显模块、中央控制平台、搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块、抱压桩机运行模块、施工数据采集模块、控制模块、反馈控制模块和数据存储评价模块；
8.所述数据输入屏显模块用于将预设执行参数信息传输至所述中央控制平台，根据
所述预设执行参数信息所述中央控制平台通过所述控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块进行控制；
9.所述施工数据采集模块用于采集桩位定位数据信息、桅杆倾角数据信息、钻具扭矩数据信息、钻具给进力数据信息、钻具转速数据信息、钻具深度数据信息、供浆管道流量数据信息、供浆管道压力数据信息和桩体地内压力数据信息；
10.所述施工数据采集模块将采集的数据信息反馈给所述中央控制平台，根据预设比对流程所述中央控制平台通过所述反馈控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块的运行进行补偿控制，并得到补偿控制数据信息；
11.所述数据存储评价模块用于接收通过无线通信模块上传至后台服务器的所述预设执行参数信息、所述施工数据采集模块采集的数据信息和所述补偿控制数据信息，所述数据存储评价模块用于对劲芯复合桩的施工质量进行评价。
12.在上述系统中，通过数据输入屏显模块在中央控制平台输入预设执行参数信息，施工中通过施工数据采集模块监测并实时获取施工参数信息，再利用控制模块与反馈控制模块实现对各桩机运行动作的控制和补偿控制，以实现施工目标结果。各种实时施工参数的获取与计算，包括桩位确定、主桅杆垂直度，桩身水泥掺量、水泥浆的水灰比，钻具扭矩、竖向钻压、钻掘速度、提升速度、钻具转速、钻掘深度，沿桩身深度每半延长米的喷浆量等重要施工参数，控制内容包括对搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块和抱压桩机运行模块的控制，确保搅拌桩和劲芯复合桩的施工质量，从而解决phc管桩定位垂直插芯后的劲芯复合桩的承载力与沉降问题。
13.在上述系统中，搅拌桩机运行模块是控制桩机的回转功能与给进功能，实现对钻具扭矩、竖向钻压、钻掘速度、提升速度和钻具转速的施工参数控制。制浆供浆运行模块是控制水灰比、各种材料及水的重量，搅拌时间、供浆量与供浆压力，实现固化剂材料及水的配比，利用流量计和压力计确定输送管道内的流体流量与压力，保障当前的供浆施工参数与设计要求相吻合。抱压桩机运行模块是控制抱压桩机的phc管桩的居中抱紧、抱压深度与垂直度，实现桩心定位、桩垂直度、压桩力、抱压速度和抱压深度的施工参数控制。
14.在上述系统中，施工数据采集模块实时采集搅拌桩的九个传感器的施工过程信息；其中，九个传感器分别为桩位北斗定位传感器、桅杆倾角传感器、钻具扭矩传感器、钻具给进力/提升力传感器、钻具转速传感器、钻具(编码器)深度传感器、供浆管道流量传感器、供浆管道压力传感器和桩体地压传感器。以及实时采集phc管桩的四个传感器的施工过程信息；其中，四个传感器分别为桩位北斗定位传感器、phc管桩倾角传感器、压桩力传感器、phc管桩(编码器)下压深度传感器。所采集的全部信息将通过有线和无线的方式传输给中央控制平台，这些施工信息将作为中央控制平台下达对各运行子系统的指令、执行控制与反馈控制动作的依据，确保劲芯复合桩施工达到设计要求的各项目标。
15.在上述系统中，数据存储评价模块将桩机的施工数据按时间线存储工程项目的各类数据文件，经过对比设计的目标要求与施工的实际效果，对施工的每一根劲芯复合桩作出质量评价；所有的本桩机数据的储存文件可供随时调阅、使用。
16.进一步地，所述预设执行参数信息包括桩位横纵坐标、水灰比、固化剂掺量、钻掘搅拌速度、钻具提升速度、上下动力头转速、搅拌桩施工深度及phc管桩的抱压深度。
17.进一步地，所述搅拌桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包
括：
18.第一控制单元：通过所述中央控制平台将所述桩位横纵坐标传递给所述搅拌桩机运行模块，根据所述桩位定位数据信息控制调节桩位偏差；通过所述桅杆倾角数据信息调节桩机桅杆的垂直度；所述中央控制平台根据钻具的所述钻掘搅拌速度、所述钻具提升速度和所述搅拌桩施工深度控制所述搅拌桩机运行模块；
19.下行阶段工作单元：用于将所述上下动力头转速及旋转方向传递给所述搅拌桩机运行模块；所述搅拌桩机运行模块根据所述预设执行参数信息控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行桩机下行阶段的钻掘和搅拌作业，通过在喷注口实施固化剂定量喷注，直至监测到所述钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工深度，完成下行钻掘和搅拌作业阶段的施工；
20.地内压力反馈控制单元：用于根据所述桩体地内压力数据信息监测地压，当地压过大时，通过所述反馈控制模块对钻掘搅拌速度和注浆泵喷注量进行控制；
21.浆液喷注量控制单元：用于根据所述钻具扭矩数据信息及所述桩体地内压力数据信息通过所述反馈控制模块调节注浆泵的频率，进而控制固化剂的浆液喷注量；
22.上行阶段工作单元：用于根据所述预设执行参数信息通过所述搅拌桩机运行模块控制桩机，并对上下动力头施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行桩机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业，直至监测到所述钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工标高，完成上行搅拌作业阶段的施工。
23.在上述系统中，当地压过大时，即现有地压超过原有地压20％时。其中，控制模块和反馈控制模块是基于pid控制算法，并根据搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块、抱压桩机运行模块的预设动作对各自实时施工动作进行控制的，数字控制算法的工程实现主要体现在5个方面：即给定值的选择、被控量的处理、偏差处理、控制算法、控制量处理。
24.在上述系统中，给定值包括预设执行参数信息及其设定参数值的变化率限制；被控量的处理需要对被控量的上限与下限报警处理，以保证施工装备安全运行；偏差处理包括偏差计算、偏差报警和输入补偿；控制算法是通过在自动状态下进行控制计算，并对计算控制量的上限与下限幅值进行确定而实现的；控制量处理需要对输出量进行判断和处理，并在明确控制量与输出补偿量之间的关系基础上，提出对控制量变化率的限制以及输出保持要求。以变频注浆泵控制为例进行说明，搅拌桩喷注量质量控制的关键技术是对搅拌桩每半延长米的某个设定固化材料喷注量的控制，在已知钻具钻掘搅拌速度条件下，可以计算出每2秒时间间隔的固化材料的喷注量，若以此为预设值，当施工数据采集模块给出的每2秒时间间隔的实时采集的固化材料喷注量大于或小于预设值时，数据计算模块将通过计算给出固化材料的补偿量值，并控制变频注浆泵实现对下一个2秒的固化材料的喷注量调整，从而使搅拌桩的动态喷注量在小幅波动的条件下趋近最初的设计值。
25.进一步地，所述制浆供浆运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：
26.浆液喷注量运算单元：用于根据所述水灰比和所述固化剂掺量通过所述制浆供浆运行模块确定每半延米桩长的固化材料用量与换算浆液喷注量，得到每秒时间间隔的喷浆量；
27.供浆单元：用于根据供浆管道流量数据信息和供浆管道压力数据信息通过所述制
浆供浆运行模块以所述每秒时间间隔的喷浆量向搅拌桩机供浆。
28.进一步地，所述抱压桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：
29.第二控制单元：通过所述中央控制平台将所述桩位横纵坐标传递给所述抱压桩机运行模块，根据所述桩位定位数据信息控制调节桩位偏差，使phc管桩的中心与搅拌桩的中心重合；通过phc管桩倾角数据信息调节phc管桩的垂直度；
30.植桩单元：用于对phc管桩进行抱紧和抱压来实现植桩，直至所述施工数据采集模块检测到phc管桩到达预设的抱压深度，完成劲芯复合桩的植桩施工。
31.一种劲芯复合桩的监测控制方法，包括步骤：
32.s1：将预设执行参数信息传输至中央控制平台，根据所述预设执行参数信息所述中央控制平台通过控制模块对搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块和抱压桩机运行模块进行控制；
33.s2：通过施工数据采集模块采集桩位定位数据信息、桅杆倾角数据信息、钻具扭矩数据信息、钻具给进力数据信息、钻具转速数据信息、钻具深度数据信息、供浆管道流量数据信息、供浆管道压力数据信息和桩体地内压力数据信息；
34.s3：将所述施工数据采集模块采集的数据信息反馈给所述中央控制平台，根据预设比对流程所述中央控制平台通过反馈控制模块对所述搅拌桩机运行模块、所述制浆供浆运行模块和所述抱压桩机运行模块的运行进行补偿控制，并得到补偿控制数据信息；
35.s4：将所述预设执行参数信息、所述施工数据采集模块采集的数据信息和所述补偿控制数据信息通过无线通信模块上传至后台服务器，所述后台服务器将接收到的信息传输至数据存储评价模块，通过所述数据存储评价模块对劲芯复合桩的施工质量进行评价。
36.进一步地，所述步骤s1中预设执行参数信息包括桩位横纵坐标、水灰比、固化剂掺量、钻掘搅拌速度、钻具提升速度、上下动力头转速、搅拌桩施工深度及phc管桩的抱压深度。
37.进一步地，所述搅拌桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括步骤：
38.s31：通过所述中央控制平台将所述桩位横纵坐标传递给所述搅拌桩机运行模块，根据所述桩位定位数据信息控制调节桩位偏差；通过所述桅杆倾角数据信息调节桅杆的垂直度；所述中央控制平台根据钻具的所述钻掘搅拌速度、所述钻具提升速度和所述搅拌桩施工深度控制所述搅拌桩机运行模块；
39.s32：将所述上下动力头转速及旋转方向传递给所述搅拌桩机运行模块；所述搅拌桩机运行模块根据所述预设执行参数信息控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行桩机下行阶段的钻掘和搅拌作业，通过在喷注口实施固化剂定量喷注，直至监测到所述钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工深度，完成下行钻掘和搅拌作业阶段的施工；
40.s33：根据所述桩体地内压力数据信息监测地压，当地压过大时，通过所述反馈控制模块对钻掘搅拌速度和注浆泵喷注量进行控制；根据所述钻具扭矩数据信息通过所述反馈控制模块调节注浆泵的频率，进而控制固化剂的浆液喷注量；
41.s34：根据所述预设执行参数信息通过所述搅拌桩机运行模块控制桩机，并对上下动力头施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行桩机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业，直
至监测到所述钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工标高，完成上行搅拌作业阶段的施工。
42.进一步地，所述制浆供浆运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括步骤：
43.s35：根据所述水灰比和所述固化剂掺量通过所述制浆供浆运行模块确定每半延米桩长的固化材料用量与换算浆液喷注量，得到每秒时间间隔的喷浆量；
44.s36：根据供浆管道流量数据信息和供浆管道压力数据信息通过所述制浆供浆运行模块以所述每秒时间间隔的喷浆量向搅拌桩机供浆。
45.进一步地，所述抱压桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括步骤：
46.s37：通过所述中央控制平台将所述桩位横纵坐标传递给所述抱压桩机运行模块，根据所述桩位定位数据信息控制调节桩位偏差，使phc管桩的中心与搅拌桩的中心重合；通过phc管桩倾角数据信息调节phc管桩的垂直度；
47.s38：对phc管桩进行抱紧和抱压来实现植桩，直至所述施工数据采集模块检测到phc管桩到达预设的抱压深度，完成劲芯复合桩的植桩施工。
48.本发明采用上述技术方案至少包括以下有益效果：
49.本发明的监测控制系统能够在施工过程中实时采集动力头的输出扭矩，连续判断地下土层的软硬性质，从而能够合理控制施工钻具的钻掘搅拌动作，利用短螺旋钻头解决传统钻具无法克服的在全风化、强风化、密实砂土或硬塑黏土层中实施大直径、大深度的搅拌桩难题；在施工过程中，监测控制系统可以根据土层的软硬性质调整钻具的钻掘搅拌速度，通过信息采集模块和反馈控制模块，实现变速施工，优化形成变刚度搅拌桩，达到节省工时和固化材料的目的。根据地基土层的性质确定桩身水泥掺量，水泥浆的水灰比、施工时的钻掘速度、提升速度、钻具转速与沿桩身深度每半延长米的喷浆量，还能够在施工过程中保持恒定的预设参数，以满足搅拌桩拌合的均匀性与设计强度。
附图说明
50.图1为本发明实施例一提供的劲芯复合桩的监测控制系统结构图；
51.图2为本发明实施例一提供的劲芯复合桩的监测控制系统的组合式桩机的结构示意图；
52.图3为本发明实施例二提供的劲芯复合桩的监测控制方法流程图一；
53.图4为本发明实施例二提供的劲芯复合桩的监测控制方法流程图二；
54.附图标记说明：
55.1-组合式桩机、101-液压支腿、102-搅拌桩机桅杆、103-搅拌桩机动力头、104-预制桩、105-制浆供浆后台、106-输浆管道。
具体实施方式
56.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
57.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，
但本发明并不限于这些实施例。
58.实施例一
59.本实施例提供了一种劲芯复合桩的监测控制系统，如图1和图2所示，本系统包括数据输入屏显模块、中央控制平台、搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块、抱压桩机运行模块、施工数据采集模块、控制模块、反馈控制模块和数据存储评价模块；
60.数据输入屏显模块用于将预设执行参数信息传输至中央控制平台，根据预设执行参数信息中央控制平台通过控制模块对搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块和抱压桩机运行模块进行控制；
61.施工数据采集模块用于采集桩位定位数据信息、桅杆倾角数据信息、钻具扭矩数据信息、钻具给进力数据信息、钻具转速数据信息、钻具深度数据信息、供浆管道流量数据信息、供浆管道压力数据信息和桩体地内压力数据信息；
62.施工数据采集模块将采集的数据信息反馈给中央控制平台，根据预设比对流程中央控制平台通过反馈控制模块对搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块和抱压桩机运行模块的运行进行补偿控制，并得到补偿控制数据信息；
63.数据存储评价模块用于接收通过无线通信模块上传至后台服务器的预设执行参数信息、施工数据采集模块采集的数据信息和补偿控制数据信息，数据存储评价模块用于对劲芯复合桩的施工质量进行评价。
64.具体的，施工数据采集模块实时采集劲芯复合桩的九个传感器的施工过程信息；其中，九个传感器分别为桩位北斗定位传感器、桅杆倾角传感器、钻具扭矩传感器、钻具给进力/提升力传感器、钻具转速传感器、钻具(编码器)深度传感器、供浆管道流量传感器、供浆管道压力传感器和桩体地压传感器。
65.具体的，在劲芯复合桩施工过程中，放置于桩机、制浆供浆后台及供浆通道中的各种传感器会将实时采集的数据传送至中央控制平台，中央控制平台可通过无线通讯模块与网关和物联网平台进行信息互通；此外，这些施工数据将储存在数据存储评价模块中，可随时调用，数据存储评价模块可根据每半延米浆液喷注量对劲芯复合桩施工质量进行评价，当每半延米设计喷浆量与实际喷注量误差小于等于5％时，该桩施工质量为优；当误差为6％～10％时，该桩施工质量为良；当误差在10％～15％时，该桩施工质量为合格；误差大于15％，则认为该桩施工质量不合格。
66.其中，预设执行参数信息包括桩位横纵坐标、水灰比、固化剂掺量、钻掘搅拌速度、钻具提升速度、上下动力头转速、搅拌桩施工深度及phc管桩的抱压深度；
67.其中，phc管桩的抱压深度根据设计桩长优选地选择20m或30m或40m或50m或60m。
68.具体的，劲芯复合桩施工的预设执行参数信息的设定可通过数据输入屏显模块手动输入或是通过后台服务器进入数据输入屏显模块进行云端输入。
69.其中，搅拌桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：
70.第一控制单元：通过中央控制平台将桩位横纵坐标传递给搅拌桩机运行模块，根据桩位定位数据信息控制调节桩位偏差；通过桅杆倾角数据信息调节桩机桅杆的垂直度；中央控制平台根据钻具的钻掘搅拌速度、钻具提升速度和搅拌桩施工深度控制搅拌桩机运行模块；
71.下行阶段工作单元：用于将上下动力头转速及旋转方向传递给搅拌桩机运行模
块；搅拌桩机运行模块根据预设执行参数信息控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行桩机下行阶段的钻掘和搅拌作业，通过在喷注口实施固化剂定量喷注，直至监测到钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工深度，完成下行钻掘和搅拌作业阶段的施工；
72.地内压力反馈控制单元：用于根据桩体地内压力数据信息监测地压，当地压过大时，通过反馈控制模块对钻掘搅拌速度和注浆泵喷注量进行控制；其中，当监测到的地压超过原地压的20％时，则认定为地压过大。
73.浆液喷注量控制单元：用于根据钻具扭矩数据信息及桩体地内压力数据信息通过反馈控制模块调节注浆泵的频率，进而控制固化剂的浆液喷注量；
74.上行阶段工作单元：用于根据预设执行参数信息通过搅拌桩机运行模块控制桩机，并对上下动力头施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行桩机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业，直至监测到钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工标高，完成上行搅拌作业阶段的施工。
75.具体的，搅拌桩机运行模块中还包括有动力回转机构、桩机给进机构、电控液压多路转向阀。制浆供浆运行模块中还包括有配料单元、制浆单元和供浆单元。中央控制平台调取数据输入屏显模块的桩位横纵坐标传递给搅拌桩机运行模块，根据设定的桩位横纵坐标移动组合式桩机1，在桩位北斗定位传感器的帮助下，可将桩位偏差控制在2cm以内；利用桅杆倾角传感器测量数据，桩机的液压支腿101可将桩机桅杆调节垂直，并保证倾斜误差不超过1％。
76.具体的，在桩机下行作业阶段，启动桩机和供料单元，中央控制平台调取预设的钻具钻掘搅拌速度、钻具提升速度、钻掘深度等施工参数传递给搅拌桩机运行模块的桩机给进机构，调取上下动力头钻速参数传递给拌桩机运行模块的动力回转机构；搅拌桩机运行模块依据设定的预设执行参数信息通过电控液压多路转向阀控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行桩机下行阶段的钻掘和搅拌作业，同时利用高压注浆泵通过喷注口实施固化材料定量喷注，直至钻具深度传感器检测数据达到设计钻掘深度为止，完成了下行钻掘和搅拌作业阶段的施工。在施工过程中，由于钻头底部安装了桩体地压传感器，能够提供实时地压量测数据，当检测到地压过大时，为减少对周边环境的扰动，控制模块和反馈控制模块自动介入，按照设定的控制算法程序降低钻掘搅拌速度和注浆泵喷注量，进而保证每半延米喷注量满足设计要求。
77.具体的，在钻掘搅拌过程中，控制模块和反馈控制模块会根据实时扭矩数据及所述桩体地内压力数据信息调整注浆泵的频率，进而通过变频喷浆技术保障最优固化材料浆液的喷注量。
78.具体的，在桩机上行作业阶段中，搅拌桩机运行模块继续依据预设执行参数信息通过电控液压多路转向阀控制桩机，对上下动力头施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行桩机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业，直至钻具深度传感器检测到预设施工桩顶标高达到为止，完成了上行搅拌作业阶段的施工。
79.具体的，本监测控制系统能够在施工过程中实时采集动力头的输出扭矩，连续判断地下土层的软硬性质，从而能够合理的指导组合式施工钻具的钻掘搅拌动作，利用短螺旋钻头强大的自攻能力可解决传统钻具无法克服的在全风化、强风化、密实砂土或硬塑黏土层中实施大直径、大深度的搅拌桩难题；在施工过程中，本系统可以根据土层的软硬性质
调整钻具的钻掘速度，在施工数据采集模块、控制模块、反馈控制模块的支持下，实现优化的变速施工，达到节省工时和固化材料的目的。利用组合式施工钻具实施控速反向旋转上提搅拌技术时，需要本系统的指令控制，并在短螺旋钻头逆时针转动条件下，保持其每旋转一圈的组合式施工钻具的提升量要小于一个螺距；在此前提下，能够通过螺旋叶片反压技术实现固化土的进一步挤密增强效果，提高固化土的密实性和强度，从而确保劲芯复合桩的施工品质优良、工期缩短、材料节约、成本下降。
80.其中，制浆供浆运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：
81.浆液喷注量运算单元：用于根据水灰比和固化剂掺量通过制浆供浆运行模块确定每半延米桩长的固化材料用量与换算浆液喷注量，得到每秒时间间隔的喷浆量；
82.供浆单元：用于根据供浆管道流量数据信息和供浆管道压力数据信息通过制浆供浆运行模块以每秒时间间隔的喷浆量向搅拌桩机供浆。
83.具体的，控制启动制浆供浆运行模块，中央控制平台调取水灰比、固化剂掺量等参数传递给制浆供浆运行模块，配料单元根据收到的施工参数对水、固化剂所需用量自动计算并称重，数据输入屏显模块可以显示出搅拌桩所需要的固化材料用量、水用量及添加剂用量；确定每半延米桩长的固化材料用量与换算浆液喷注量，并计算每秒时间间隔的喷浆量；制浆单元可根据设定的搅拌时间及搅拌叶转速对水、固化材料与添加剂进行搅拌混合；供浆单元可根据供浆量与输浆压力向搅拌桩机供浆；对于可能出现的突发情况，还可以采用人工介入的方式，通过人工控制搅拌站后台制浆供浆。此外，数据输入屏显模块还提供了搅拌站后台可视化呈现，可实时呈现出当前浆液水胶比、设定水胶比、供浆流量及输送压力等信息。
84.其中，抱压桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括：
85.第二控制单元：通过中央控制平台将桩位横纵坐标传递给抱压桩机运行模块，根据桩位定位数据信息控制调节桩位偏差，使phc管桩的中心与搅拌桩的中心重合；通过phc管桩倾角数据信息调节phc管桩的垂直度；
86.植桩单元：用于对phc管桩进行抱紧和抱压来实现植桩，直至施工数据采集模块检测到phc管桩到达预设的抱压深度，完成劲芯复合桩的植桩施工。
87.具体的，抱压桩机运行模块中还包括预制桩抱紧机构、预制桩抱压机构和电控液压多路转向阀。中央控制平台调取桩位横纵坐标传递给抱压桩机运行模块，抱压桩机的桩位北斗定位传感器可以保证phc管桩中心与搅拌桩中心重合，偏差控制在2cm以内；结合倾角传感器的量测数据，通过矫正设备调整phc管桩的垂直度，保证误差不超过1％。将预制桩104吊起放入夹具中，根据抱压桩机的phc管桩的倾角传感器实时监测倾角数据，调整phc管桩的垂直度，直至满足1％的要求。phc管桩施工主要依赖预制桩抱紧机构和预制桩抱压机构，抱压桩机运行模块按照预设的施工参数，通过电控液压多路转向阀对phc管桩进行抱紧和抱压来实现植桩，直至深度传感器检测到设计抱压深度达到为止，完成劲芯复合桩的全部施工工作。
88.本实施例中其中一种实施方式：选用工程背景为施工小高层住宅建筑的基础桩劲芯复合桩进行说明，搅拌桩桩长为24m，桩径为1100mm，桩顶距地面1m，phc管桩桩长为24m，桩径为700mm，单桩设计极限承载力为4600kn。
89.本实施方式中的基本情况：场地的三层地基土分别为黏性土，层厚12m，含水量为w
＝36％，e＝1.35，spt＝3～9；粉土，层厚9m，含水量为w＝27％，e＝1.1，spt＝7～18；全风化土层，层厚19m，含水量为w＝25％，spt＝13～29；采用kd固化剂产品，掺入量为12％，水灰比为0.5，采用单通道喷浆法进行固化剂撒布；施工钻机采用2x15tm液压驱动的双动力头组合式桩机，施工应用搅拌桩的一喷两搅施工工艺和phc管桩抱压施工工艺。
90.施工前，首先利用数据输入屏显模块，输入本次所要施工的劲芯复合桩的坐标位置(x,y)、施工位置各土层性质、桩身固化剂掺量12％、固化剂浆液水胶比0.5、掘进速度0.6～1.2m/min、提升速度1～1.5m/min、外钻杆转速15r/min、内钻杆转速18r/min、钻掘搅拌深度25m，或直接调用后台服务器中已有的该工程的施工参数，中央控制平台中的制浆供浆运行模块通过设定的参数进行自动运算，反馈出本次施工的劲芯复合桩所需的固化剂用量约为5904kg，水用量为2952kg，沿桩身深度每延米的固化剂用量约为205kg/m，再结合掘进速度即可得出每秒的固化剂用量约为3.42kg/s。
91.设定施工参数后启动设备移位，此时，桩机通过对桩位北斗定位传感器所获取的坐标(x’,y’)和桩位坐标(x,y)进行对比，利用电控液压多路转向阀控制桩机自动移动至所要进行施工的桩位，保证桩位偏差在2cm以内，并结合桅杆倾角传感器通过伸缩油缸来控制搅拌桩机桅杆102的垂直度，使垂直度误差不超过1％。
92.桩机就位后启动后台制浆供浆运行模块，通过配料单元中的称重装置对固化剂材料与水的质量进行控制，配置水胶比0.5的固化剂浆液用量约为8856kg，在制浆单元控制下对固化材料浆液进行搅拌，到达设置的搅拌时间后高压注浆泵启动执行供浆动作；制浆供浆的操作流程在搅拌站后台的数据输入屏显模块上可以进行观察，若浆液制备与供浆期间出现重大问题，系统将自动报警，介入人工干预或停机自检。
93.供浆开始后中央控制平台立即发出指令启动钻掘搅拌施工，在组合式桩机1的内管和短螺旋钻头保持顺时针转动而外管保持逆时针转动条件下，钻机依据设定的施工参数分别对搅拌桩机动力头103施加正反向扭矩，其中短螺旋钻头利用自攻的特性，在钻具的最底端进行强力钻掘作业。
94.在钻机下行阶段，由于施工地层性质的不同会使掘掘阻力产生变化，进而会导致掘掘速度和钻具转速发生改变；此时钻具给进力传感器、钻具钻速传感器会将实时施工数据反馈到中央控制平台，若钻具转速小于15r/min，钻掘速度小于1m/min，说明钻掘阻力增大，此时，中央控制平台会根据预设的施工要求自动提升扭矩和给进力来维持需要的钻具转速和钻掘速度，即按照事先输入的施工参数控制下行阶段的施工。
95.施工过程中，在不同影响因素叠加下，固化材料浆液的单位时间喷注量会产生不同程度的波动变化，导致固化材料掺入量不均匀，沿桩身深度每延米的喷注量出现变动，从而造成搅拌桩承载力可能无法达到设计要求。此时，中央控制平台将根据钻具(编码器)深度传感器、供浆管道流量传感器和供浆管道压力传感器提供的实时数据，指令数据控制算法进行计算，以每延米固化剂用量205kg/m为基础依据，当固化剂用量小于或大于3.42kg/s，控制模块和反馈控制模块将通过增减钻掘速度和注浆泵变频控制器自动对喷浆量进行干预调整，即通过变频喷浆，使搅拌桩的固化剂用量维持在3.42kg/s左右,以满足设计要求。在喷浆过程中，当喷注量偏差值超过报警值，如8％时，中央控制平台会自动报警，提示操作手进行人工干预，并查找问题产生的原因。
96.钻机上行阶段，在组合式桩机1的内管和短螺旋钻头保持逆时针转动而外管保持
顺时针转动条件下，并且短螺旋钻头每旋转一圈组合式钻具的提升量为0.5(75mm)个螺距的技术前提下，桩机依据设定提升速度与旋转速度，对搅拌桩机动力头103施加正反向扭矩与提拔力，并利用反向挤压技术在上行阶段对搅拌桩体进行挤密增强作业。在此施工期间，中央控制平台指令数据控制算法依据钻具转速传感器、钻具提升力传感器及钻具深度传感器采集的实时数据进行计算，并判断短螺旋钻头每旋转一圈施工钻具的提升量为0.5(75mm)个螺距的要求是否已满足，若不满足则要调整钻具提升速度与钻具转速，使上述施工设计参数要求达到满足，直至上行作业达到预设桩顶施工标高，完成搅拌桩施工作业为止。
97.搅拌桩机移位后，启动抱压桩机，利用北斗定位传感器保证phc管桩桩心与搅拌桩桩心重合，偏差在2cm以内；具体操作是利用电控液压多路转向阀控制抱压桩机自动移行至施工桩位，将phc管桩吊起放入夹具，此时抱压桩机依据倾角传感器的实时数据控制phc管桩的垂直度符合1％的要求。在phc管桩沉入过程中，深度传感器实时采集沉桩深度数据并呈现在中央控制平台的数据输入屏显模块中，当phc管桩桩端标高达到设计标高时系统自动终止压桩，并结束劲芯复合桩施工。
98.施工过程结束后，数据存储评价模块会将整个施工中采集的数据汇总并存储，并通过与设计目标进行对比，对各劲芯复合桩的施工质量进行评价，工程施工结束后可对本工程中的任意劲芯复合桩信息数据进行调阅。
99.本实施例中其中另一种实施方式：选用工程背景为施工高层住宅建筑的基础桩劲芯复合桩进行说明，搅拌桩桩长为30m，桩径为1200mm，phc管桩桩长为30m，桩径为800mm，单桩设计极限承载力为5800kn。
100.本实施方式中的基本情况：场地三层地基土分别为黏性土，层厚14m，含水量为w＝38％，e＝1.3，spt＝3～8；粉土，层厚13m，含水量为w＝29％，e＝1.0，spt＝7～20；细砂土，层厚9m，含水量为w＝35％，spt＝14～27；采用kd固化剂产品，掺入量为13％，水胶比为0.7，并采用双通道的浆液喷注方法进行固化剂浆液的撒布；施工钻机采用2x20tm液压驱动的双动力头钻机及外置双框架双向搅拌钻具，施工应用搅拌桩的一喷两搅施工工艺和phc管桩抱压施工工艺。
101.劲芯复合桩预设执行参数信息的设定可通过本系统的数据输入屏显模块手动输入，或是通过物联网平台进入云端输入。设定的基本数据包括但不限桩位坐标(x，y)、水胶比0.7、固化剂掺量13％、下行速度0.6～1.0m/min、上行速度1～1.5m/min、上动力头转速10～15r/min、下动力头转速10～15r/min、搅拌桩施工深度30m、phc管桩抱压深度30m。
102.制浆供浆过程，启动制浆供浆运行模块，中央控制平台调取水胶比0.7、固化剂掺量13％参数传递给制浆供浆运行模块，制浆供浆运行模块的配料单元可根据传递来的参数对水、固化剂所需量自动计算并称重，显示出本根桩所需固化剂用量为9522kg，水用量为6665kg，每延米固化剂用量约为450kg/m,每秒喷注固化剂量约为7.5kg/s；制浆供浆运行模块的制浆单元可根据设定的搅拌时间及搅拌叶转速对水、固化剂搅拌混合；制浆供浆运行模块的供浆单元可根据供浆流量及供浆压力向前台搅拌桩机供浆；为了应对可能出现的突发状况，可通过人工控制搅拌后台制浆供浆；此外，数据输入屏显模块还提供了本地数据可视化呈现，可以实时呈现出当前浆液水胶比、设定水胶比、供浆流量及压力等信息。
103.搅拌桩施打前，中央控制平台调取桩位坐标数据(x,y)传递给搅拌桩机运行模块，
根据设定的桩位坐标移动组合式桩机1，桩机上设有北斗定位传感器，配合卫星定位使用，可将桩位偏差控制在2cm以内，并结合桅杆倾角传感器通过桩机液压支腿101调节搅拌桩机桅杆102垂直度，保证误差不超过1％；桩机下行阶段：桩机就位后启动桩机和供料单元，中央控制平台调取钻杆的下行速度0.6m/min、钻杆的上行速度1m/min、钻掘深度30m参数传递给搅拌桩机运行模块的桩机给进机构，调取搅拌桩机动力头103钻速15r/min参数传递给搅拌桩机运行模块的动力回转机构，搅拌桩机运行模块依据设定的参数通过电控液压多路转向阀控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行钻机下行阶段的钻掘和搅拌作业，同时利用高压注浆泵通过喷注口实施固化剂定量撒布，直至钻具深度传感器检测数据已达到设计钻掘深度30m为止，完成了下行钻掘和搅拌作业阶段的施工。
104.参阅图2，组合式桩机1上分别设置有液压支腿101、搅拌桩机桅杆102和预制桩104，搅拌桩机桅杆102上还设置有搅拌桩机动力头103，搅拌桩机动力头103处的水龙头通过输浆管道106与制浆供浆后台105连接。
105.在钻头底部装有桩体地压传感器，将能够实时量测地压数据，当检测到的地压过大时，为了减少对周边环境的扰动，控制模块和反馈控制模块自动介入，会按照设定的程序算法降低钻掘搅拌速度和注浆泵喷注量，进而保证每半延米喷注量满足设计要求；在钻掘搅拌过程中，控制模块和反馈控制模块会根据实时扭矩数据及所述桩体地内压力数据信息调整注浆泵的频率，进而通过变频喷浆技术保障最优固化材料浆液的喷注量。
106.桩机上行阶段，搅拌桩机运行模块继续依据设定的参数通过电控液压多路转向阀控制桩机，对上下动力头施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行钻机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业，直至钻具深度传感器检测到设计的桩顶施工标高为止，完成了上行搅拌作业阶段的施工。
107.phc管桩施打，中央控制平台调取桩位坐标参数(x,y)传递给抱压桩机运行模块，桩机上的北斗定位传感器，配合卫星定位系统使用，保证phc管桩中心与搅拌桩中心重合，偏差控制在2cm以内，并结合phc管桩倾角传感器的量测数据，通过桩机液压支腿101调节phc管桩的垂直度，保证误差不超过1％。将预制桩104吊起放入夹具中，phc管桩施工主要依赖预制桩抱紧机构和预制桩抱压机构，中央控制平台调取压桩力、压桩速度和抱压深度参数数据后传递给抱压桩机，抱压桩机运行模块按照预设的各种施工参数，通过电控液压多路转向阀对phc管桩进行抱紧和抱压来进行植桩作业，直至深度传感器检测到设计抱压深度达到为止，完成劲芯复合桩的全部施工工作。
108.本发明监测控制系统能够在施工过程中实时采集动力头的输出扭矩，连续判断地下土层的软硬性质，从而能够合理的控制施工钻具进行钻掘搅拌动作，利用短螺旋钻头解决传统钻具无法克服的在全风化、强风化、密实砂土或硬塑黏土层中实施大直径、大深度的搅拌桩难题；在施工过程中，监测控制系统可以根据土层的软硬性质调整钻具的钻掘速度，通过信息采集模块和反馈控制模块，实现变速施工，达到节省工时和固化材料的目的。根据地基土层的性质确定桩身固化剂掺量，浆液的水胶比、施工时的钻掘速度、提升速度、钻具转速与沿桩身深度每延长米的固化剂喷注量，并在施工过程中保持恒定的预设参数，以满足搅拌桩拌合的均匀性与设计强度。
109.实施例二
110.本实施例提供了一种劲芯复合桩的监测控制方法，如图3和图4所示，本方法包括
步骤：
111.s1：将预设执行参数信息传输至中央控制平台，根据预设执行参数信息中央控制平台通过控制模块对搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块和抱压桩机运行模块进行控制；
112.s2：通过施工数据采集模块采集桩位定位数据信息、桅杆倾角数据信息、钻具扭矩数据信息、钻具给进力数据信息、钻具转速数据信息、钻具深度数据信息、供浆管道流量数据信息、供浆管道压力数据信息和桩体地内压力数据信息；
113.s3：将施工数据采集模块采集的数据信息反馈给中央控制平台，根据预设比对流程中央控制平台通过反馈控制模块对搅拌桩机运行模块、制浆供浆运行模块和抱压桩机运行模块的运行进行补偿控制，并得到补偿控制数据信息；
114.s4：将预设执行参数信息、施工数据采集模块采集的数据信息和补偿控制数据信息通过无线通信模块上传至后台服务器，后台服务器将接收到的信息传输至数据存储评价模块，通过数据存储评价模块对劲芯复合桩的施工质量进行评价。
115.进一步地，步骤s1中预设执行参数信息包括桩位横纵坐标、水灰比、固化剂掺量、钻掘搅拌速度、钻具提升速度、上下动力头转速、搅拌桩施工深度及phc管桩的抱压深度。
116.进一步地，搅拌桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括步骤：
117.s31：通过中央控制平台将桩位横纵坐标传递给搅拌桩机运行模块，根据桩位定位数据信息控制调节桩位偏差；通过桅杆倾角数据信息调节桅杆的垂直度；中央控制平台根据钻具的钻掘搅拌速度、钻具提升速度和搅拌桩施工深度控制搅拌桩机运行模块；
118.s32：将上下动力头转速传递给搅拌桩机运行模块；搅拌桩机运行模块根据预设执行参数信息控制桩机，对上下动力头施加相反方向的扭矩，进行桩机下行阶段的钻掘和搅拌作业，通过在喷注口实施固化剂定量喷注，直至监测到钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工深度，完成下行钻掘和搅拌作业阶段的施工；
119.s33：根据桩体地内压力数据信息监测地压，当地压过大时，通过反馈控制模块对钻掘搅拌速度和注浆泵喷注量进行控制；根据钻具扭矩数据信息通过反馈控制模块调节注浆泵的频率，进而控制固化剂的喷注量；
120.s34：根据预设执行参数信息通过搅拌桩机运行模块控制桩机，并对上下动力头施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行桩机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业，直至监测到钻具深度数据信息达到搅拌桩的预设施工标高，完成上行搅拌作业阶段的施工。
121.进一步地，制浆供浆运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括步骤：
122.s35：根据水灰比和固化剂掺量通过制浆供浆运行模块确定每半延米桩长的固化材料用量与换算浆液喷注量，得到每秒时间间隔的喷浆量；
123.s36：根据供浆管道流量数据信息和供浆管道压力数据信息通过制浆供浆运行模块以每秒时间间隔的喷浆量向搅拌桩机供浆。
124.进一步地，抱压桩机运行模块对应的预设控制指令和对应的补偿控制分别包括步骤：
125.s37：通过中央控制平台将桩位横纵坐标传递给抱压桩机运行模块，根据桩位定位
数据信息控制调节桩位偏差，使phc管桩的中心与搅拌桩的中心重合；通过phc管桩倾角数据信息调节phc管桩的垂直度；
126.s38：对phc管桩进行抱紧和抱压来实现植桩，直至施工数据采集模块检测到phc管桩到达预设的抱压深度，完成劲芯复合桩的植桩施工。
127.本方法能够在施工过程中实时采集动力头的输出扭矩，连续判断地下土层的软硬性质，从而能够合理的控制施工钻具进行钻掘搅拌动作，利用短螺旋钻头解决传统钻具无法克服的在全风化、强风化、密实砂土或硬塑黏土层中实施大直径、大深度的搅拌桩难题；在施工过程中，监测控制系统可以根据土层的软硬性质调整钻具的钻掘速度，通过信息采集模块和反馈控制模块，实现变速施工，达到节省工时和固化材料的目的。根据地基土层的性质确定桩身水泥掺量，水泥浆的水灰比、施工时的钻掘速度、提升速度、钻具转速与沿桩身深度每半延长米的喷浆量，并在施工过程中保持恒定的预设参数，以满足搅拌桩拌合的均匀性与设计强度。
128.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。